第3章数据库系统基础知识课件

第3章数据库系统基础知识3.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展3.2 数据库系统的组成数据库系统的组成3.3 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构3.4 数据模型数据模型3.5 主流的主流的DBMS产品简介产品简介第3章 数据库系统基础知识3.1 数据管理技术的发展3.1 数据管理技数据管理技术的的发展展数据管理技数据管理技术的的产生与生与发展展什么是数据什么是数据处理理 是是指指对各各种种数数据据进行行收收集集、存存储、加加工工和和传播播的的一一系列活系列活动的的总和。和。什么是数据管理什么是数据管理 是是指指对数数据据进行行分分类、组织、编码、存存储、检索索和和维护，它是数据，它是数据处理的中心理的中心问题3.1 数据管理技术的发展数据管理技术的产生与发展3.1 数据管理技数据管理技术的的发展展3.1.1 人工管理人工管理阶段段20世世纪50年代中期之前年代中期之前3.1.2 文件系文件系统阶段段20世世纪50年代到年代到60年代中期年代中期3.1.3 数据数据库系系统阶段段20世世纪60年代后期以来年代后期以来3.1 数据管理技术的发展3.1.1 人工管理阶段3.2 数据数据库系系统的的组成成3.2.1 数据库数据库(DB)数数据据库库，顾顾名名思思义义是是存存放放数数据据的的仓仓库库。只只不不过过这这个个仓仓库库是是在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。数据库的特征数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享可为各种用户共享减少冗余减少冗余数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展3.2 数据库系统的组成3.2.1 数据库(DB)3.2 数据数据库系系统的的组成成3.2.2 数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)数数据据库库管管理理系系统统是是解解决决如如何何科科学学的的组组织织和和存存储储数数据据，如如何何高高效效的的获获取取和和维维护护数数据据的的一一个个介介于于用用户户与与操操作作系系统统之之间间的的系系统统软软件件，是是数数据据库库系系统统中中的的重重要要组组成成部分。部分。用用 系系应应 统统 发发 工工开开 具具用用 软软应应 件件B MD S编编 统统译译 系系作作 系系操操 统统硬件硬件数据库在计算机系统中的地位3.2 数据库系统的组成3.2.2 数据库管理系统(DBMS3.2 数据数据库系系统的的组成成3.2.3 数据库管理员数据库管理员(DBA)数数据据库库的的建建立立、使使用用和和维维护护等等工工作作仅仅靠靠DBMS远远远远不不够够，还还要要有有专专门门的的人人员员来来完完成成，这这些些人人被被称称为数据库管理员。为数据库管理员。数数据据库库管管理理员员是是控控制制数数据据整整体体结结构构的的一一组组人人员员，负负责责数数据据库库系系统统的的正正常常运运行行，承承担担创创建建、监监控控和和维护数据库结构的责任。维护数据库结构的责任。3.2 数据库系统的组成3.2.3 数据库管理员(DBA)3.3 数据数据库系系统的模式的模式结构构外部外部层:各个用各个用户看到的数据看到的数据库内部内部层：机器看到的数据：机器看到的数据库概念概念层：数据：数据库管理管理员看到的数据看到的数据库3.3 数据库系统的模式结构外部层:各个用户看到的数据库3.4 数据模型数据模型数据如何存数据如何存储到到计算机中算机中首先将首先将现实世界中的客世界中的客观对象抽象象抽象为概念模型概念模型；然后把概念模型然后把概念模型转换为某一某一DBMS支持的支持的数据模型数据模型。概念模型是概念模型是现实世界到机器世界的一个中世界到机器世界的一个中间层次。次。现实世界信息世界 概念模型机器世界 DBMS支持的数据模型认识抽象转换现实世界中客观对象的抽象过程3.4 数据模型数据如何存储到计算机中现实世界信息世界 3.4 数据模型数据模型3.4.1 概念模型概念模型1、实体（体（Enity）客客观存在，可以相互区存在，可以相互区别的事物称的事物称为实体。体。实体可以是具体的体可以是具体的对象，如学生、一堂象，如学生、一堂课等。也可以是抽等。也可以是抽象的象的对象，如一次借象，如一次借书，老，老师与系的工作关系等。与系的工作关系等。2、属性（、属性（Attribute）实体所具有的某一特性称体所具有的某一特性称为属性。属性。如学生如学生实体可以由学号、姓名、性体可以由学号、姓名、性别、出生年份等属性、出生年份等属性组成。成。3.4 数据模型3.4.1 概念模型3.4 数据模型数据模型3.4.1 概念模型概念模型3、联系（系（Relationship）在在现实世界中，事物内部以及事物之世界中，事物内部以及事物之间是有是有联系的，系的，这些些联系在信息世界中反映系在信息世界中反映为实体内部的体内部的联系和系和实体之体之间的的联系。系。实体内部的体内部的联系通常是指系通常是指组成成实体的各属性之体的各属性之间的的联系。系。实体之体之间的的联系通常是指不同系通常是指不同实体集之体集之间的的联系。系。如教如教师与学生的与学生的讲授授联系，学生与系，学生与课程的程的选修修联系等。系等。3.4 数据模型3.4.1 概念模型3.4 数据模型数据模型3.4.1 概念模型概念模型4、关关键字字（Key）唯一唯一标识实体的属性集称体的属性集称为码。如学号是学生如学号是学生实体的体的码。5、域（、域（Domain）属性的取属性的取值范范围称称为该属性的域。属性的域。如学号的域如学号的域为8 8位整数，年位整数，年龄的域的域为小于小于3030岁的整数，性的整数，性别的域的域为（男，女）等。（男，女）等。6、实体集（体集（Enity Set）同型同型实体的集合称体的集合称为实体集。体集。如全体学生就是一个如全体学生就是一个实体集。体集。3.4 数据模型3.4.1 概念模型3.4 数据模型数据模型3.4.1 概念模型概念模型E-R模型的基本概念模型的基本概念E-R图实体体用用矩形矩形表示，矩形框内写明表示，矩形框内写明实体名体名举例：例：学生学生教师教师课程课程3.4 数据模型3.4.1 概念模型学生教师课程关系关系关系用关系用菱形菱形表示。表示。菱形框内写明关系名，并用无向菱形框内写明关系名，并用无向边与关系与关系实体体连接起来接起来举例例教师学生讲授这里有三种类型的关系：这里有三种类型的关系：一对一（一对一（1：1)(社会科学系社会科学系)仅有一个系主任仅有一个系主任一对多一对多 (1:N)一个教师面对很多学生一个教师面对很多学生多对多多对多 (M:N)一个学生可以选修许多课程一个学生可以选修许多课程关系教师学生讲授这里有三种类型的关系：属性属性 属性用属性用椭圆来表示来表示,用其性用其性质的名字来的名字来标识关关键属性用属性名下加下划属性用属性名下加下划线来来标识 举例例学生学号姓名性别出生年份入学时间系属性 学生学号姓名性别出生年份入学时间系实体体-关系模型关系模型其中：其中：实体体课程和教程和教师；关系关系讲授授属性属性编号、名称、教号、名称、教师编号、姓名和年号、姓名和年龄课程教师讲授编号名称教师编号姓名年龄mn实体-关系模型课程教师讲授编号名称教师编号姓名年龄mn逻辑模型的模型的类型是：型是：层次模型次模型网网络模型模型关系模型关系模型逻辑模型的类型是：层次模型次模型在在层次模型中次模型中,数据以数据以树的形式表示。的形式表示。层次模型次模型应满足下面两个基本条件：足下面两个基本条件：有且只有一个有且只有一个结点没有双点没有双亲结点，点，这个个结点点称称为根根结点；点；根以外的其它根以外的其它结点有且只有一个双点有且只有一个双亲结点。点。层次模型层次模型示意图层次模型示意图层次模型次模型在在层次模型中次模型中,每个每个结点表示一个点表示一个实体。体。实体之体之间的的联系用有向系用有向边（指（指针）表示，）表示，这种种联系系是父子是父子之之间的一的一对多的多的联系。系。在在层次模型中，同一双次模型中，同一双亲的子女的子女结点称点称为兄弟兄弟结点点，没有子女没有子女结点的点的结点称点称为叶叶结点点。层次模型示意图层次模型举例D10计算机系计算机系9号楼号楼C01硬件教研室硬件教研室C02软件教研室软件教研室00001王平王平2000002李丽李丽20电器电器92001王海王海自动化自动化92002张铮张铮数据库数据库92003许明许明人工智能人工智能92004陈真陈真院系编号院系编号院系名称院系名称办公地点办公地点教研室编号教研室编号 教研室教研室学号学号姓名姓名年龄年龄专业方向专业方向职工号职工号姓名姓名院系院系教研室教研室教师教师学生学生教学院系教学院系 数据模型数据模型教学院系数据库的一个教学院系数据库的一个实例实例举例D10计算机系9号楼C01硬件教研室C02软件教研室00层次模型的次模型的优缺点缺点优点：点：层次数据模型本身比次数据模型本身比较简单；对于于实体体间的的联系是固定的、系是固定的、预先定先定义好的好的应用系用系统，实现性能好；性能好；提供了良好的完整性支持。提供了良好的完整性支持。缺点：缺点：对于多于多对多多联系，一个系，一个结点只能有一个双点只能有一个双亲，此，此时只能只能通通过引入冗余数据（易引入冗余数据（易产生数据不一致）来解决；生数据不一致）来解决；对插入和插入和删除操作限制比除操作限制比较多；多；查询子女子女结点必点必须通通过双双亲结点。点。层次模型的优缺点网状模型网状模型用网状用网状结构表示构表示实体体类型及型及实体之体之间联系的数系的数据模型据模型满足下面两个条件的基本足下面两个条件的基本层次次联系的集合系的集合为网网状模型：状模型：允允许一个以上的一个以上的结点无双点无双亲；一个一个结点可以有多于一个的双点可以有多于一个的双亲。网状模型是一种比网状模型是一种比层次模型更具有普遍性的次模型更具有普遍性的结构。构。层次模型次模型实际上是网状模型的一个特例。上是网状模型的一个特例。网状模型网状模型网状模型 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5网状模型网状模型与与层次次结构一构一样，网状，网状结构中每个构中每个结点表示一个点表示一个实体，体，结点之点之间连线表示表示实体之体之间一一对多的多的联系；系；在在层次模型中子女次模型中子女结点与双点与双亲结点的点的联系是唯一系是唯一的，而在网状模型中的，而在网状模型中这种种联系可以不唯一。系可以不唯一。网状模型 1 2 R3 L1 网状模型网状模型举例：学生与例：学生与课程之程之间是多是多对多的多的联系，要引系，要引入一个学生入一个学生选课的的联结实体体学生选课课程的网状数据库模型学生选课课程的网状数据库模型网状模型学生选课课程的网状数据库模型网状模型的网状模型的优缺点缺点优点：点：能能够更更为直接的描述直接的描述显示世界；示世界；具有良好的性能，存取效率具有良好的性能，存取效率较高。高。缺点：缺点：结构比构比较复复杂，而且随着，而且随着应用用环境的境的扩大，数据大，数据库的的结构就构就变得越来越复得越来越复杂，不利于最，不利于最终用用户掌握。掌握。由于由于实体之体之间联系是通系是通过存取路径存取路径实现的，的，应用程序在用程序在访问数据数据时必必须选择适当的存取路径，因此，用适当的存取路径，因此，用户必必须了解系了解系统结构的构的细节，加重了，加重了编写程序的写程序的负担。担。网状模型的优缺点关系模型关系模型关系模型关系模型时目前最重要的一种数据模型。目前最重要的一种数据模型。Dr.E.F.Codd 在在1970第一次描述了关系型模型，开第一次描述了关系型模型，开创了数据了数据库关系方法和关系数据理关系方法和关系数据理论的研究。的研究。关系模型与以往的模型不同，它是建立在关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学格的数学概念基概念基础上的。上的。关系数据关系数据库系系统是支持关系模型的数据是支持关系模型的数据库系系统。关系模型3.4.2 关系模型关系模型在用在用户观点下，关系模型中数据的点下，关系模型中数据的逻辑结构是一构是一张二二维表，表，它由行和列它由行和列组成。成。现在以学生人事在以学生人事记录表表为例，介例，介绍关系模型中的一些概念。关系模型中的一些概念。3.4.2 关系模型3.4.2 关系模型关系模型关系模型要求关系必关系模型要求关系必须是是规范化的，关系中的范化的，关系中的每一个分量必每一个分量必须是一个不可分的数据是一个不可分的数据项，也就，也就是是说不允不允许表中表中还有表。有表。不可以如下：不可以如下：3.4.2 关系模型2关系的基本特点关系的基本特点在关系模型中，关系具有以下基本特点：在关系模型中，关系具有以下基本特点：（1）关系必）关系必须规范化，属性不可再分割。范化，属性不可再分割。规范化是指关系模型中每个关系模式都必范化是指关系模型中每个关系模式都必须满足足一定的要求，最基本的要求是关系必一定的要求，最基本的要求是关系必须是一是一张二二维表，每个属性表，每个属性值必必须是不可分割的最小数据是不可分割的最小数据单元，元，即表中不能再包含表。即表中不能再包含表。（2）在同一关系中不允）在同一关系中不允许出出现相同的属性名。相同的属性名。Visual FoxPro不允不允许同一个表中有相同的字段名。同一个表中有相同的字段名。（3）关系中不允）关系中不允许有完全相同的元有完全相同的元组，即冗余。，即冗余。2关系的基本特点（4）在同一关系中元）在同一关系中元组的次序无关的次序无关紧要。也就是要。也就是说，任意交任意交换两行的位置并不影响数据的两行的位置并不影响数据的实际含含义。（5）在同一关系中属性的次序无关）在同一关系中属性的次序无关紧要。任意交要。任意交换两两列的位置也并不影响数据的列的位置也并不影响数据的实际含含义，不会改，不会改变关关系模式。系模式。以上是关系的基本性以上是关系的基本性质，也是衡量一个二，也是衡量一个二维表格表格是否构成关系的基本要素。在是否构成关系的基本要素。在这些基本要素中，有些基本要素中，有一点是关一点是关键，即属性不可再分割，也即表中不能套，即属性不可再分割，也即表中不能套表。表。（4）在同一关系中元组的次序无关紧要。也就是说，任意交换两行3关系模型的关系模型的优点点（1）数据）数据结构构单一。一。关系模型中，不管是关系模型中，不管是实体体还是是实体之体之间的的联系，系，都用关系来表示，而关系都都用关系来表示，而关系都对应一一张二二维数据表，数据表，数据数据结构构简单、清晰。、清晰。（2）关系）关系规范化，并建立在范化，并建立在严格的理格的理论基基础上。上。关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本规范。同范。同时关系是建立在关系是建立在严格的数学概念基格的数学概念基础上，上，具有具有坚实的理的理论基基础。（3）概念）概念简单，操作方便。，操作方便。关系模型最大的关系模型最大的优点就是点就是简单，用，用户容易理解容易理解和掌握，一个关系就是一和掌握，一个关系就是一张二二维表格，用表格，用户只需只需用用简单的的查询语言就能言就能对数据数据库进行操作。行操作。3关系模型的优点3.4.2 关系数据关系数据库以关系模型建立的数据以关系模型建立的数据库就是关系数据就是关系数据库（RDB：Relational Database）。关系数据）。关系数据库中中包含若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个包含若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个关系模式包含若干个属性和属性关系模式包含若干个属性和属性对应的域，所以，定的域，所以，定义关系数据关系数据库就是逐一定就是逐一定义关系模式，关系模式，对每一关系模每一关系模式逐一定式逐一定义属性及其属性及其对应的域。的域。一个关系就是一一个关系就是一张二二维表格，表格由表格表格，表格由表格结构与数据构成，表格的构与数据构成，表格的结构构对应关系模式，表格每关系模式，表格每一列一列对应关系模式的一个属性，关系模式的一个属性，该列的数据列的数据类型和取型和取值范范围就是就是该属性的域。因此，定属性的域。因此，定义了表格就定了表格就定义了了对应的关系。的关系。第3章数据库系统基础知识课件 在在Visual FoxPro中，与关系数据库对应的中，与关系数据库对应的是数据库文件（是数据库文件（.dbc文件），一个数据库文件文件），一个数据库文件包含若干个表（包含若干个表（.dbf文件），表由表结构与若干文件），表由表结构与若干个数据记录组成，表结构对应关系模式。每个个数据记录组成，表结构对应关系模式。每个记录由若干个字段构成，字段对应关系模式的记录由若干个字段构成，字段对应关系模式的属性，字段的数据类型和取值范围对应属性的属性，字段的数据类型和取值范围对应属性的域。域。一个关系模型的实际例子：学生一个关系模型的实际例子：学生选课选课课课程关系模型。程关系模型。在Visual FoxPro中，与关系数据库学生管理数据库中的表学生管理数据库中的表学生管理数据库中的表表之间的关系表之间的关系表之间的关系关系运算符关系运算符关系运算符的分关系运算符的分类传统的集合运算（并、差、交、广的集合运算（并、差、交、广义笛卡笛卡尔积）专门的关系运算（的关系运算（选择、投影、投影、连接、除）接、除）关系运算符关系运算符（关系运算符（1）Union(并并):由已知关系的任何一方或双方所出由已知关系的任何一方或双方所出现的元的元组建立起来的一种关系。建立起来的一种关系。对R和和S的要求：的要求：具有相同具有相同类型的属性型的属性相相应的属性取自同一个域的属性取自同一个域R S：仍与仍与R或或S具有相同具有相同类型的属性型的属性由属于由属于R或属于或属于S的元的元组组成（取消重复的元成（取消重复的元组关系运算符（1）举例R:运动队，S：书法社学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力95003刘晨刘晨学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨95004李燕李燕RSRS=参加了运动队参加了运动队或参加了书法或参加了书法社的同学社的同学学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力95003刘晨刘晨95004李燕李燕举例 R:运动队，S：书法社学号姓名95001王敏9500关系运算符（关系运算符（2）Differenct(差差):建立一种出建立一种出现在所指的第一个关在所指的第一个关系而不出系而不出现所指的第二个关系的元所指的第二个关系的元组关系。关系。对R和和S的要求：的要求：具有相同具有相同类型的属性型的属性相相应的属性取自同一个域的属性取自同一个域R-S：仍与仍与R或或S具有相同具有相同类型的属性型的属性由属于由属于R而不属于而不属于S的所有元的所有元组组成成关系运算符（2）举例R:运动队，S：书法社RS学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力95003刘晨刘晨学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨95004李燕李燕R-S=参加了运动队参加了运动队而没有参加书而没有参加书法社的同学法社的同学 学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力举例 R:运动队，S：书法社RS学号姓名95001王敏95关系运算符（关系运算符（3）Inersection(交交):建立一种由二建立一种由二边关系的元关系的元组组成的关系。成的关系。对R和和S的要求：的要求：具有相同具有相同类型的属性型的属性相相应的属性取自同一个域的属性取自同一个域RS：仍与仍与R或或S具有相同具有相同类型的属性型的属性由既属于由既属于R而且又属于而且又属于S的所有元的所有元组组成成关系运算符（3）举例R:运动队，S：书法社RSR S=既参加了运动队既参加了运动队又参加了书法社又参加了书法社的同学的同学 学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力95003刘晨刘晨学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨95004李燕李燕学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨举例 R:运动队，S：书法社RSR S=学号姓名95关系运算符（关系运算符（5）Restrict(抽行抽行):根据条件从已知关系中抽根据条件从已知关系中抽出符合要求的相关元出符合要求的相关元组或行。或行。称称为选择（Selection）选择运算是从行的角度运算是从行的角度进行的运算行的运算关系运算符（5）举例学学 号号Sno姓姓 名名Sname性性 别别Ssex年年 龄龄Sage所所 在在 系系Sdept95001李勇李勇男男20CS95002刘晨刘晨女女19IS95003王敏王敏女女18MA95004张立张立男男19IS学生表（学生表（Student）查询信息系（查询信息系（IS系）全体学生系）全体学生举例学 号姓 名性 别年 龄所 在 系95001李勇结果为：SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨刘晨女女19IS95004张立张立男男19IS信息系（信息系（IS系）全体学生系）全体学生SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨女1关系运算符（关系运算符（6）Project(抽列抽列):从已知关系中抽出所指的属从已知关系中抽出所指的属性或列性或列投影操作主要是从列的角度投影操作主要是从列的角度进行运算行运算关系运算符（6）3.5 主流的主流的DBMS产品品简介介OracleDB2SybaseMS-SQL ServerAccessVisual FoxPro3.5 主流的DBMS产品简介Oracle